大电流金刚石功率肖特基势垒二极管

基于硼掺杂金刚石外延材料,开展了安培级大电流金刚石功率肖特基势垒二极管(SBD)的研制。为了获得高的电流导通能力和击穿电压,该器件采用了垂直结构设计,包含300μm厚的硼重掺杂金刚石衬底和2.5μm厚的轻掺杂漂移层。采用低功函数金属Ti与p型金刚石形成了良好的肖特基接触,肖特基势垒高度1.23 eV,理想因子1.54,并在肖特基电极边缘进行了硼离子注入以抑制边缘电场。研制的金刚石功率SBD正向导通电流高达1 A,反向击穿电压653 V,巴利加优值(Baliga's Figure Of Merit,BFOM)达到了20.1 MW/cm^(2)。

阳极刻蚀提升Ga_(2)O_(3)肖特基势垒二极管击穿特性

提出了一种采用阳极刻蚀提升Ga_(2)O_(3)肖特基势垒二极管(SBD)击穿特性的新方法。基于氢化物气相外延(HVPE)法生长的Ga_(2)O_(3)材料制备了Ga_(2)O_(3)纵向SBD。在完成阳极制备后,对阳极以外的Ga_(2)O_(3)漂移区进行了不同深度的刻蚀,刻蚀完成后,在器件表面生长了SiO2介质层,随后制备了场板结构。测试结果显示,刻蚀后器件的比导通电阻小幅上升,而反向击穿电压均大幅提升。刻蚀深度为300 nm的β-Ga_(2)O_(3)SBD具有最优特性,其比导通电阻(Ron,sp)为2.5 mΩ·cm^(2),击穿电压(Vbr)为1410 V,功率品质因子(FOM)为795 MW/cm^(2)。该研究为高性能Ga_(2)O_(3)SBD的制备提供了一种新方法。

Pt/6H-SiC肖特基势垒二极管特性分析

采用直流磁控溅射法、Pt作肖特基接触的工艺,制作了N型6H-SiC肖特基势垒二极管,对肖特基势垒二极管的电学特性及温度特性进行了研究。实验结果表明,该器件具有很好的整流特性,反向电流小、击穿电压高,且在高温下器件波动很小,能够稳定地工作,适合于在高温(600°C)等恶劣环境下长期可靠地工作。

基于肖特基势垒二极管三维电磁模型的220GHz三倍频器

采用阻性肖特基势垒二极管UMS DBES105a设计了一个太赫兹三倍频器.为了提高功率容量和倍频效率,该倍频器采用反向并联二极管对结构实现平衡式倍频.根据S参数测试曲线建立了该二极管的等效电路模型并提取了模型参数.由于在太赫兹频段二极管的封装影响到电路的场分布,将传统的二极管SPICE参数直接应用于太赫兹频段的电路设计存在一定缺陷,因此还建立了二极管的三维电磁模型.基于该模型研制出的220 GHz三倍频器最大输出功率为1.7 mW,最小倍频损耗为17.5 dB,在223.5 GHz^237 GHz输出频率范围内,倍频损耗小于22 dB.

宽禁带SiC肖特基势垒二极管的研制

采用微电子平面工艺 ,高真空电子束蒸发金属Ni作肖特基接触 ,多层金属Ni、Ti、Ag合金作欧姆接触 ,SiO2 绝缘环隔离减小高压电场集边效应等技术 ,制作出Ni/4H SiC肖特基势垒二极管 (SBD) .该器件在室温下反向击穿电压大于 450V ,对应漏电流为 6× 1 0 -6 A .并对实验结果进行分析模拟 ,理想因子为 1 .73 ,肖特基势垒高度为 1 .2 5V ,实验表明 ,该器件具有较好的正向整流特性和较小的反向漏电流 .

4H-SiC肖特基势垒二极管伏-安特性的解析模型

在分析 4H SiC肖特基势垒二极管正向电流热电子发射理论的基础上 ,计算了肖特基势垒高度eff和串联电阻Ron.通过对反向电流各种输运机制的分析 ,提出了一种计算反向电流密度的理论模型 .计算结果与实验数据的比较表明 ,隧道效应是反向电流的主要输运机理 .

SiC肖特基势垒二极管的反向特性

在n型4H-SiC衬底上的n型同质外延层的Si面制备了纵向肖特基势垒二极管(SBD),研究了场板、场限环及其复合结构等不同终端截止结构对于反向阻断电压与反向泄漏电流的影响。场板(FP)结构有利于提高反向阻断电压,减小反向泄漏电流。当场板长度从5μm变化到25μm,反向阻断电压随着场板长度的增加而增加。SiO2厚度对于反向阻断电压有重要的影响,当厚度为0.5μm,即大约为外延层厚度的1/20时,可以得到较大的反向阻断电压。当场限环的离子注入区域宽度从10μm变化到70μm,反向阻断电压也随之增加。FLR和FP复合结构对于改善反向阻断电压以及反向泄漏电流都有作用,同时反向阻断电压对于场板长度不再敏感。采用复合结构,在10μA反向泄漏电流下最高阻断电压达到1 300V。讨论了离子注入剂量对于反向阻断电压的影响,注入离子剂量和反向电压的关系表明SBD结构不同于传统PIN结构的要求。当采用大约为150%理想剂量的注入剂量时才可达到最高的反向阻断电压而不是其他报道的75%理想剂量,此时的注入剂量远高于PIN结构器件所需的注入剂量。

6H-SiC高压肖特基势垒二极管

在可商业获得的 N型 6 H - Si C晶片上 ,通过化学气相淀积 ,进行同质外延生长 ,在此结构材料上 ,通过热蒸发 ,制作 Ni/6 H- Si C肖特基势垒二极管 .测量并分析了肖特基二极管的电学特性 ,结果表明 ,肖特基二极管具有较好的整流特性 :反向击穿电压约为 45 0 V,室温下 ,反向电压 VR=- 2 0 0 V时 ,反向漏电流 JL=5× 10 - 4 A· cm- 2 ;理想因子为 1.0 9,肖特基势垒高度为 1.2 4— 1.2 6 e V ,开启电压约为 0 .

AlGaN肖特基势垒二极管的研制

为研制适合高温高压下工作的整流器件,利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术生长的AlGaN/GaN/蓝宝石材料,采用电子束蒸发的方法,用Au和Ti/Al分别作为肖特基接触和欧姆接触的电极,制备了AlGaN肖特基二极管,并对其工艺过程和器件特性进行了研究.IV测试表明该AlGaN肖特基二极管具有明显的整流特性和较高的反向击穿电压(95V),理想因子为1.93.经300℃1min退火,该器件正、反向IV特性都得到明显改善.采用变温IV法对Au/AlGaN接触的肖特基势垒高度进行了标定,其势垒高度高达1.08eV,更适合在高压、大电流条件下工作.

基于结终端扩展的4H-SiC肖特基势垒二极管研制

采用高真空电子束热蒸发金属Ni分别作肖特基接触和欧姆接触,离子注入形成结终端扩展表面保护,研制出Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)。I-V特性测量说明,Ni/4H-SiCSBD有较好的整流特性,热电子发射是其主要的运输机理。实验测量其反向击穿电压达1800V,且反向恢复特性为32ns。

基于肖特基势垒二极管整流的功率指示计设计

设计了一种适用于低中频接收机的功率指示计。采用肖特基势垒二极管作为整流器件,降低了电路设计的复杂度,减小了系统功耗;功率指示计中的限幅放大器采用交流耦合的方式,消除了输入直流失调的影响,降低了设计难度。电路基于0.18μm CMOS工艺进行设计,测试结果表明,设计的功率指示计针对-50~0dBm的10 MHz中频信号可以产生0.25~1.65V的直流电压,线性误差小于±1dB,在1.8V电源电压下,整体功耗仅为1.4mW。

对具有结终端保护的4H-SiC肖特基势垒二极管的研究

在对4H—SiC高压肖特基势垒二极管进行了理论分析的基础上,利用仿真软件ISE10.0对具有结终端保护的4H—SiC高压肖特基势垒二极管耐压特性进行了模拟仿真计算,并取得了很多有价值的计算结果。利用平面制造工艺,结合仿真提取的参数,试制了4H—SiC肖特基势垒二极管。实验测试结果表明,仿真计算的结果与实际样品测试的数据一致性较好,实测器件反向耐压值已达到1 800 V。

终端场板结构对GaN基肖特基势垒二极管击穿电压的影响

为了提高肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode,SBD)的击穿电压(breakdown voltage,BV),系统研究了终端场板结构的GaN-SBD。基于Silvaco TCAD软件,采用控制变量法即分别在不同场板长度(L_(FP))和绝缘层厚度(T_(FP))及GaN漂移区掺杂浓度(N_(D))条件下仿真了器件的击穿电压,通过器件表面电场分布情况确认了BV的变化趋势。结果表明:当T_(FP)=0.3μm,N_(D)=1×10^(16)cm^(-3),L_(FP)从0增加到2.0μm时,SBD的BV逐渐升高,在L_(FP)=1.6μm时达到阈值;当L_(FP)=1.6μm,N_(D)=1×10^(16)cm^(-3),T_(FP)从0.1μm增加到0.4μm,SBD的BV先上升后减小,在T_(FP)=0.3μm时达到最大值;当L_(FP)=1.6μm,T_(FP)=0.3μm,N_(D)从1×10^(16)cm^(-3)增加到1×10^(19)cm^(-3)时,SBD的BV逐渐减小。相比于传统无场板型GaN-SBD,该终端场板型GaN-SBD的BV在L_(FP)=1.6μm,T_(FP)=0.3μm,N_(D)=1×10^(16)cm^(-3)的条件下可达到840 V。研究进一步表明:通过优化器件结构,其场板效应可延伸至阳极下方的耗尽区,有效减缓了阳极边角处的电流拥挤。

Ni(W)Si/Si肖特基势垒二极管电学特性研究

文中首次提出在Ni中掺入夹层W的方法来提高NiSi的热稳定性。具有此结构的薄膜,经600℃～800℃快速热退火后,薄层电阻保持较低值,小于2Ω/□。经Raman光谱分析表明,薄膜中只存在NiSi相,而没有NiSi2生成。Ni(W)Si的薄层电阻由低阻转变为高阻的温度在800℃以上,比没有掺W的镍硅化物的转变温度的上限提高了100℃。Ni(W)Si/Si肖特基势垒二极管能够经受650℃～800℃不同温度的快速热退火,肖特基接触特性良好,肖特基势垒高度为0.65eV,理想因子接近于1。

III族氮化物基的肖特基势垒二极管的研制

研制了三类不同金属和III族氮化物接触的肖特基势垒二极管。测量了器件的电流 电压特性 。

一种超结高压肖特基势垒二极管

改善反向击穿电压和正向导通电阻之间的矛盾关系一直以来都是功率半导体器件的研究热点之一。介绍了一种超结肖特基势垒二极管(SJ-SBD),将p柱和n柱交替构成的超结结构引入肖特基势垒二极管中作为耐压层,在保证正向导通电阻足够低的同时提高了器件的反向耐压。在工艺上通过4次n型外延和4次选择性p型掺杂实现了超结结构。基于相同的外延层厚度和相同的外延层杂质浓度分别设计和实现了常规SBD和SJ-SBD,测试得到常规SBD的最高反向击穿电压为110 V,SJ-SBD的最高反向击穿电压为229 V。实验结果表明,以超结结构作为SBD的耐压层能保证正向压降等参数不变的同时有效提高击穿电压,且当n柱和p柱中的电荷量相等时SJ-SBD的反向击穿电压最高。

基于超结结构的肖特基势垒二极管（英文）

在功率半导体器件中,高的反向击穿电压和低的正向导通电阻之间的矛盾关系是影响其发展的主要因素之一,选用超结结构替代功率半导体器件中的传统电压支持层能够有效缓解这一矛盾关系。该文设计和实现了一种超结肖特基二极管,其中的电压支持层采用P柱和N柱交替构成的超结结构。在器件的制作方面,选用成熟的单步微电子工艺,通过4次N型外延和4次选择性P型掺杂来实现超结结构。为便于对比分析,设计传统肖特基二极管和超结肖特基二极管的电压支持层厚度一致,且超结结构中P柱和N柱的杂质浓度均和传统肖特基二极管的电压支持层浓度一致。测试得到传统肖特基二极管的反向击穿电压为110 V,而超结肖特基二极管的反向击穿电压为229 V。表明采用超结结构作为功率半导体器件的电压支持层能够有效提高反向击穿电压,同时降低器件的正向导通电阻,并且当P柱区和N柱区内的电荷量一致时器件的击穿电压最高。

Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管研制

采用微电子平面工艺,高真空电子束热蒸发金属Ni分别作肖特基接触和欧姆接触,二级场限环终端表面保护,研制出Ni/4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)。I-V特性测量说明,Ni/4H-SiCSBD有较好的整流特性,热电子发射是其主要的运输机理。反向击穿电压达1500V,理想因子为1.2,肖特基势垒高度为0.92eV。

GaN基肖特基势垒二极管结构优化研究进展

作为宽禁带半导体器件,GaN基肖特基势垒二极管(SBD)有耐高压、耐高温、导通电阻小等优良特性,这使得它在电力电子等领域有广泛应用。本文首先综述了SBD发展要解决的问题;然后,介绍了GaN SBD结构、工作原理及结构优化研究进展;接下来,总结了AlGaN/GaN SBD结构、工作原理及结构优化研究进展,并着重从AlGaN/GaN SBD的外延片结构、肖特基电极结构以及边缘终端结构等角度,阐述了这些结构的优化对AlGaN/GaN SBD性能的影响;最后,对器件进一步的发展方向进行了展望。

无凹槽AlGaN/GaN肖特基势垒二极管正向电流输运机制

研究了无凹槽AlGaN/GaN肖特基势垒二极管(SBD)的正向电流输运机制。分别采用Ni/Au和TiN作为阳极金属材料制备了无凹槽AlGaN/GaN SBD,对比了两种SBD的直流特性。并通过测量器件的变温I-V特性,研究了器件的正向电流输运机制。结果表明,TiN-SBD(0.95 V@1 mA·mm^(-1))与Ni/Au-SBD(1.15 V@1 mA·mm^(-1))相比实现了更低的开启电压,从而改善了正向导通特性。研究发现两种SBD的势垒高度和理想因子都强烈依赖于环境温度,通过引入势垒高度的高斯分布模型解释了这种温度依赖性,验证了正向电流输运机制为与势垒高度不均匀分布相关的热电子发射机制。